[發(fā)明專利]軸流壓氣機(jī)喘振頻率預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911106649.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN110848166B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳艷輝;王振洋;張紫云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D27/00
• 分類號(hào): F04D27/00;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種軸流壓氣機(jī)喘振頻率預(yù)測(cè)方法，用于解決現(xiàn)有軸流壓氣機(jī)喘振頻率測(cè)量方法實(shí)用性差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先對(duì)軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行物理、幾何建模，獲得相應(yīng)模型的守恒控制方程，利用數(shù)值方法進(jìn)行求解后，采用傅里葉分析過(guò)失速工況下的數(shù)值結(jié)果，從而得到軸流壓氣機(jī)的喘振頻率。由于建立了軸流壓氣機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，避免了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程轉(zhuǎn)變成了通過(guò)數(shù)值解法獲得參數(shù)值，然后直接使用數(shù)值結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，使用傅里葉變換分析壓氣機(jī)的喘振頻率，節(jié)省了大量人力、物力成本，實(shí)用性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種軸流壓氣機(jī)喘振頻率預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

文獻(xiàn)“壓氣機(jī)喘振聲音信號(hào)的快速傅里葉變換和小波變換分析，能源技術(shù)，2010，Vol31，No.3，p125-128”公開了一種利用快速傅里葉變換和小波變換對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的喘 振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理的方法。該方法是在實(shí)驗(yàn)獲得壓氣機(jī)喘振數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 利用快速傅里葉變換對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析后證明了壓氣機(jī)喘振的頻率在50hz以 下。然后又利用小波變換進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)，得到了表征壓氣機(jī)進(jìn)入喘振的聲音特征信 號(hào)。該方法獲得的喘振頻率較為準(zhǔn)確可靠，為實(shí)際生產(chǎn)中使用聲音信號(hào)監(jiān)測(cè)壓氣機(jī)狀 態(tài)以及故障診斷提供了良好的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。但是，該文獻(xiàn)中獲得喘振頻率的方法 都需要預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以及大量的傳感器和采集信號(hào)的設(shè)備，并且還依賴實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 更重要的是人力和物力成本較高，實(shí)用性差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有軸流壓氣機(jī)喘振頻率測(cè)量方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種軸流壓氣機(jī)喘振頻率預(yù)測(cè)方法。該方法首先對(duì)軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行物理、幾何建模， 獲得相應(yīng)模型的守恒控制方程，利用數(shù)值方法進(jìn)行求解后，采用傅里葉分析過(guò)失速工 況下的數(shù)值結(jié)果，從而得到軸流壓氣機(jī)的喘振頻率。由于建立了軸流壓氣機(jī)系統(tǒng)的仿 真模型，避免了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程轉(zhuǎn)變成了通 過(guò)數(shù)值解法獲得參數(shù)值，然后直接使用數(shù)值結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，使用傅里葉變 換分析壓氣機(jī)的喘振頻率，節(jié)省了大量人力、物力成本，實(shí)用性好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種軸流壓氣機(jī)喘振頻率預(yù)測(cè)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、建立軸流壓氣機(jī)物理、幾何模型；

測(cè)量實(shí)際軸流壓氣機(jī)的幾何尺寸，使用激盤代替壓氣機(jī)產(chǎn)生壓升、等截面管道代替壓氣機(jī)進(jìn)出口管道、集氣容腔模擬背壓環(huán)境、節(jié)流閥門控制流量并設(shè)定進(jìn)口馬赫數(shù)， 得到軸流壓氣仿真模型。

步驟二、根據(jù)建立的軸流壓氣仿真模型列寫控制方程：

a.壓氣機(jī)中的流動(dòng)擾動(dòng)；

由非定常流動(dòng)下單個(gè)葉片排的壓升：得到N級(jí)壓氣機(jī)的壓升為： 然后定義φ的周向平均值：此 時(shí)，周向流量系數(shù)φ和切向速度系數(shù)h表示為：φ＝Φ(ξ)+g(ξ,θ)；h＝h(ξ,θ)。其中θ 表示周向角度，ξ表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)弧度，φ表示軸向流量系數(shù)，Φ表示軸向流量系數(shù)的周 向平均值，F(xiàn)(φ)表示葉片排的軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)性能，τ表示遲滯常數(shù)，a≡R/(NτU)表示葉 片通道時(shí)間遲滯參數(shù)的倒數(shù)，U表示平均半徑處轉(zhuǎn)速，ΔP表示出口壓力減去進(jìn)口壓力， h表示周向速度系數(shù)，t表示時(shí)間。

b.進(jìn)口管道與導(dǎo)葉內(nèi)的流動(dòng)擾動(dòng)；

引入速度勢(shì)和擾動(dòng)速度勢(shì)則速度勢(shì)表示為：此時(shí)遠(yuǎn)上游至導(dǎo)葉進(jìn)口的壓升表示為：其中P_T表示進(jìn)口總壓，表示速度勢(shì)，表示擾動(dòng)速度勢(shì)，η表示軸向位置坐標(biāo)，ξ表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)弧度， φ表示軸向流量系數(shù)，Φ表示軸向流量系數(shù)的周向平均值，l₁表示進(jìn)口管道長(zhǎng)度。

c.出口管道與出口導(dǎo)葉內(nèi)的流動(dòng)擾動(dòng)；